回旋管电子光学系统的研究

论文摘要

回旋管作为毫米波、亚毫米波源，具有高峰值功率、高效率，适当带宽等特点，在高性能毫米波雷达、毫米波定向能武器系统、毫米波通信、等离子体加热等军用、工业应用方面发挥着越来越重要的作用。美国、俄罗斯、德国、法国、瑞士、英国及日本等国在回旋管的研究和开发方面都投入了大量的人力物力，中国自七十年代末开始也一直在进行跟踪研究，2001年，本课题组在导师李宏福教授的带领下成功的研制出了世界上第一支8mm三次谐波永磁包装回旋管。本文结合“九·五”军事预研重点项目、“十·五”军事预研项目和高技术“863”重点项目等开展工作，对回旋管的电子枪系统、收集极系统和注波互作用系统进行了深入的理论研究和实验研究： 1．从电磁场麦克斯韦方程、电子运动方程和电流连续方程出发，研究了强流电子光学数值模拟理论，应用软件工程学理论和面向对象技术(OA)编制了回旋管降压收集极系统数值模拟软件。软件具有计算精度高，计算速度快，用户界面友好等特点。 2．研究了强流电子光学数值模拟理论。对轴对称系统柱坐标系下的静电场和静磁场物理模型和物理方程，考虑空间电荷效应和相对论效应的电子运动方程进行了深入的分析。给出了线圈空间磁场解析计算公式，代替传统的轴上磁场展开求解空间磁场方法，提高了磁场的计算精度。对次级电子的类型、产生原理和数值计算方法进行了详细的分析，对蒙特卡罗法在次级电子模拟中应用进行论述。上述研究为电子光学系统CAD软件的编写奠定了基础。 3．详细研究了回旋管的电子枪系统。给出了磁控注入式电子枪的设计方程和优化方程。考虑了枪体尺寸、外加磁场分布、电压和电子注电流等多种因素对电子注速度比和速度离散的影响。得出了大量有价值的结论，缩短了电子枪的设计时间，提高了电子枪的设计效率。作者设计获得的高性能单、双阳极电子枪已经应用与本课题组研制的8mm回旋速调管中，并在热测实验中获得良好的结果。 4．首次提出并详细研究了回旋放大器件的新型磁控注入枪系统，使信号输入

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 高功率毫米波技术
• 1.2 回旋脉塞机理及回旋管系列
• 1.3 电子光学理论的发展
• 1.4 回旋管原理
• 1.5 微波电真空器件 CAD技术的发展
• 1.6 学位论文工作
• 第二章 电子光学系统理论分析和数值计算方法
• 2.1 强流电子光学系统的基本方程
• 2.2 静电场数值模拟理论
• 2.2.1 空间节点电位的计算
• 2.2.2 空间电场的计算
• 2.3 静磁场数值模拟理论
• 2.3.1 轴上磁场展开法
• 2.3.2 线圈磁场模拟理论
• 2.4 电子轨迹数值模拟理论
• 2.5 空间电荷密度数值模拟理论
• 2.6 次级电子发射原理和数值模拟理论
• 2.6.1 次级电子发射原理
• 2.6.2 蒙特卡罗法
• 2.7 小结
• 第三章 回旋管电子枪系统的设计和数值分析
• 3.1 磁控注入电子枪
• 3.1.1 磁控注入枪的初始设计
• 3.1.2 磁控注入枪的优化和数值模拟分析
• 3.2 新型电子枪
• 3.2.1 新型电子枪设计和数值模拟分析
• 3.2.2 传输性能模拟和冷测分析
• 3.3 小结
• 第四章 回旋管降压收集极系统的设计和数值分析
• 4.1 多级降压收集极原理
• 4.2 次级电子发射模型
• 4.3 降压收集极 CAD软件设计和数值模拟分析
• 4.4 小结
• 第五章 回旋管注波互作用系统数值模拟和热测实验分析
• 5.1 自洽非线性理论和数值分析
• 5.2 热测实验分析
• 5.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻博士期间取得的成果